Existen múltiples niveles de estructura en el ácido ribonucleico (ARN), que se describen como estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria. La estructura primaria del ARN se refiere a su secuencia de unidades de información genética, llamadas nucleótidos. Su estructura secundaria está compuesta por los pares formados cuando los nucleótidos en la secuencia se unen entre sí. La estructura terciaria es aún más compleja y abarca las interacciones entre regiones de la estructura secundaria y en toda la molécula. La estructura cuaternaria se aplica solo cuando múltiples cadenas de ARN interactúan, y es cualquier interacción o cambio estructural que ocurre cuando estas cadenas se unen.
La estructura primaria del ARN generalmente está compuesta de una sola cadena de nucleótidos. Se pueden encontrar cuatro tipos de nucleótidos en esta cadena, llamados adenina (A), citosina (C), guanina (G) y uracilo (U). Muchos nucleótidos se modifican en el ARN, agregando o restando átomos a los nucleótidos originales o desde ellos para cambiar sus propiedades. Existen cientos de diferentes modificaciones de nucleótidos, y sus efectos varían según el tipo de molécula de ARN, la especie en la que se produce la modificación y el entorno en el que se realiza la modificación. La mayoría de estas modificaciones de nucleótidos tienen códigos descriptivos estándar, como lo hacen los nucleótidos, pero generalmente no son tan conocidos.
La estructura secundaria de ARN y las dobles hélices del ácido desoxirribonucleico (ADN) se forman de manera similar, donde los nucleótidos se unen en pares de bases, dando a la molécula una estructura general. Existen diferencias significativas en la forma en que se forma la estructura secundaria de ARN, en comparación con las dobles hélices de ADN. Tanto en el ARN como en el ADN, la citosina se une a la guanina, pero la adenina se une al uracilo, no a la timina, en el ARN. La estructura secundaria del ARN rara vez es una doble hélice; Forma una variedad de bucles específicos, protuberancias y tipos de hélice que están alineados de manera muy diferente a lo que se ve en el ADN. La estructura secundaria de ARN en general es más complicada, aunque no necesariamente menos ordenada, que las dobles hélices de ADN.
La estructura terciaria del ARN permite que la molécula se pliegue en su conformación completamente funcional. Ciertas moléculas de ARN, en virtud de su estructura terciaria, tienen funciones específicas. Estas moléculas de ARN no codificante (ncRNA) pueden servir para muchos propósitos, y el descubrimiento de estas aplicaciones biológicas ha sido objeto de múltiples premios Nobel. Una clase de ncRNA, llamadas ribozimas, son enzimas de ARN que pueden catalizar reacciones bioquímicas al igual que las enzimas proteicas. Otra clase, llamada riboswitches, controla la expresión génica activando y desactivando genes en función de su entorno.
La estructura cuaternaria del ARN entra en juego dentro de ciertas macromoléculas como el ribosoma, que construye proteínas en la célula. Los ribosomas están compuestos por múltiples cadenas de ARN, y las interacciones entre estas cadenas deben ser precisas y estrictamente reguladas para que el ribosoma funcione correctamente. Para que las cadenas de ARN tengan una estructura cuaternaria, deben unirse para formar una nueva estructura de conglomerado, no solo interactuar y luego separarse nuevamente. La estructura cuaternaria se forma más lentamente de todos los niveles de estructura de ARN, y generalmente el más complejo.